KR20170000516U - 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 양자 크기의 효과에 기반하여 작동하는 전자 제품, 분자 전자공학의 부품과 다른 장치들의 첨단 기술 제조에서 사용되도록 예정된, 표면 활성 화합물의 단일 또는 다중 층의 랭뮤어-블로젯 막을 형성하는 기구와 장치에 관한 것이다.
본 고안의 목적은 장치를 개발하여 제품들이 사용 중에 있는 가운데 오랜 기간 동안 안정성과 내마모성을 보장하는 특정한 물리적이고 화학적인 성질을 가지는 기능적인 코팅을 형성하는 연속적인 공정을 제공하는 것이다.
본 고안의 목적은 작동 액체를 청소하고 청소된 작동 액체를 처리 수조 안으로 연속적으로 공급하는 유닛, 단일층 형성 시스템, 이송 시스템, 그리고 물리적 흡수와 화학적 반응에 의해 기판 표면의 자동 활성화와 표면 위의 층들의 안정성을 제공하는 추가적인 시스템을 가지는 장치에 의해 해결된다.
본 고안 장치의 발전된 성계는 기판들의 연속적인 개질 공정에서 고품질의 기능적 코팅을 획득할 수 있도록 마련된다.

Description

고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치{Device for Formation of Nanostructured Coatings on Solid Surfaces}

본 고안은 양자 크기의 효과에 기반하여 작동하는 전자 제품, 분자 전자공학의 부품과 다른 장치들의 첨단 기술 제조에서 사용되도록 예정된, 고체 표면에 계면활성제(SA)의 단일 또는 다중 층의 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett; LB) 막을 형성하는 기구와 장치에 관한 것이다.

본 고안의 장치는 특정 구조를 가지며, 마모 저항성 코팅층, 광자결정, 초미세 절연 전도막, 부동태화 보호막 코팅층, 센서층, 이방성 광코팅, 간섭 및 편광필터 등을 제조할 때 층의 수를 제어할 수 있는 기능적인 합성 코팅층을 만드는데 사용될 수 있다.

현재, 랭뮤어-블류젯막을 형성하는 잘 알려진 몇 가지 장치가 있다. 이러한 장치는 액체(하부 상(sub-phase)), 수조 단부를 따라 이동할 수 있도록 장착되는 표면 선형장벽, 단일층 내에 표면장력(표면압력)을 측정하기 위한 센서, 그리고 기판이 이동을 위한 홀더를 포함하는, LB 수조(LB trough)로 알려진 용기로 구성된다[M.V.　Kovalchuk, V.V.　Klechkovskaya, L.A.　Feigin Langmuir-Blodgett Molecular Constructor//Nature, No.11. - Moscow: 2003. P. 11-19.]. 일반적으로, 장치는 항진 기초(antivibration base) 위에 장착된다.

랭뮤어-블류젯 방법은 경계면에 고체 단일 분자층을 형성하고 기판 표면 위로 이러한 층을 전사하는 것이다.

이를 위해, 휘발성 용매 내의 일정 체적의 막 형성 재료 용액이 하부 상 표면 위에 뿌려진다. 용매가 증발한 후, 계면활성제(SA)의 미세한 단일 분자막과 이 막 내의 분자들은 밀집 충전된 분자들을 가지는 고체막을 얻을 때까지 장벽을 압축하는 과정에 의해 방향을 맞춘다.

이러한 장치에서, 단일층들은 단일층을 통한 기판의 수직 운동 때문에 기판(표면개질) 위로 전사됨으로써, 막 내의 압력은 개질된 기판 영역에 비례하는 압력에 의해 선형 장벽에 의해 단일층을 가지는 표면의 자동 압력 때문에 증착 공정에서 일정하게 유지된다.

상기한 장치는, 화합물이 수직으로 향한 기판과 접촉할 때 액체의 메니스커스 내의 화합물의 집적에 의해 야기되는 개질층의 무결함 품질을 보장하지는 않으며, 여기에서 무결함 코팅을 형성하기에 적합한 SA의 선택은 제한되고 개질될 표면 면적의 크기는 기판이 잠기는 면적의 크기에 의해 결정되는 수십 cm²를 초과하기 않는다.

게다가, 박막 형성 계면활성제(SA)의 새로운 부분을 액체 표면 위로 확산하는 공정의 주기적인 성질 때문에, 상술한 장치에 의해 지속적으로 증착하는 것은 불가능하다.

테이프 베이스 위에 위치되는 기판에 단일 분자 계면활성제(SA) 박막을 증착하는 연속 공정을 보장하는 장치[1981년 10월 15일 공개된 러시아 특허 SU873869]도 알려져 있다. 상기한 장치는 테플론 큐벳, 수조를 2개의 방으로 분할하는 회전하는 원통형 장벽, 2개의 표면장력 센서, 자동 분배기, 그리고 유연한 테이프 형태의 중합체 기판이 고정되는 3개의 롤(rolls)로 이루어진 테이프 이송장치로 구성된다. 여기에서, 상기 롤들(rolls) 중 하나는 하부 상 안으로 담긴다.

이러한 장치가 작동되는 원리는 수조를 작동액체로 채우는데 있으며, 분배기에서 나온 계면활성제(SA)는 테이프 이송 장치(확산실) 없이 상기 방 안으로 확산된다.

수면으로부터 용매가 증발된 후, 양친매성 분자들은 테이프 이송장치를 가진 방(증착실) 안으로 이송되고 상기 원통형 장벽의 회전에 의해 단일층 내에 구조화된다. 일단 기판 증착실 내의 표면 장력이 단일층의 정리된 상태에 해당하는 값에 이르게 되면, 테이프 이송장치는 기판이 자동으로 전환되는 계면활성제(SA) 층을 통과하게 한다.

단일층의 연속적인 증착 공정은 상기 분배기에서 계면활성제(SA) 분자가 확산되고, 상기 테이프 이송장치의 작동, 상기 표면장력 센서에 의해 피드백 제어 하에 있는 운동과 상기 원통형 장벽의 회전이 동기화됨으로써 달성된다.

기존 장치의 단점들은 연속 공정에서 수백 평방 센티미터를 초과하는 크기를 가지는 평평한 고체 표면을 개질하는 것이 불가능하다는데 있다. 게다가, 이러한 장치는, 증착되는 코팅의 품질에도 악영향을 미치는 액체 수위에 대한 상대적으로 작은 각도에서 고체 기판의 자동 증착을 제공하지 못한다는 것이다.

양친매성 화합물의 단일 및 다중층 박막을 형성하는 장치에 대한 설명(2010년 8월 30일 공개된 특허 BY 15411)은 기술적인 특징에 대해서 청구된 본 발명에 가장 가까운 것이다.

기존의 장치는 모듈화된 설계를 가지고 있으며 표준적인 랭뮤어-블로젯(LB) 기법과 수평 증착방법 모두에 의해 고체 표면에 코팅을 형성되도록 하는 장치들을(units) 포함한다. 최근의 경우, 기판은 특수 홀더 위에서, 기판이 수평으로 유지되도록 하는 작동유체를 가지는 수조 안에 놓이고 하부 상은 특수 배수 시설에 의해 배수된다. 이러한 장치는, 기판들을 담그기 위한 작동 용매들을 가지는 용기들의 홀더들을 가지는 회전 플랫폼으로서 설계되는 기판 표면 활성화 유닛을 포함한다.

기판 표면은, 예를 들어, 중합체, 고분자전해질, 단백질, 그리고 나노 입자들과 같은 반대로 하전된 화합물을 용매로부터 번갈아 흡수하는 수직적인 방법에 의해 그 위에 랭뮤어-블로셋(LB) 박막을 형성하기 전에 활성화된다.

상술한 장치는 2개의 표면장력 센서와 작동 액체 표면 위에서 움직일 수 있도록 설계되는 2개의 선형 테플론 장벽, 상기 작동액체(하부 상) 위로 용액(substance solution)을 확산시키는 자동 미세분배기(microdispenser), 상기 기판의 이송 장치를 수행하는 제거 가능한 테이프 이송장치, 그리고 다른 양친매성 물질들의 교번층을 형성함은 물론이고 상기 기판들 위에 양친매성 화합물의 단일분자 박막을 얻을 수 있도록 하는 회전하는 원통형 장벽도 포함한다.

그러나, 상술한 장치는 다음과 같은 단점들을 가진다. 특별한 의미가 있는 크기의 상기 평평한 고체 표면을 개질할 수 없고; 상기 회전하는 원통형 장벽은 고정되어 작동 액체 수위의 변경이 있는 경우 그 담기는 수위를 조절할 수 없도록 한다는 것이다. 상기 원통형 장벽이 고정됨으로써 연속적으로 코팅-증착하는 공정을 수행하는 것은 대단히 중대한 미약한 지연을 유발한다. 이러한 공정을 수행할 때, 상기 계면활성제(SA) 분자들을 상기 화합물의 증착을 위한 영역으로부터, 증착을 위해 단일층, 즉 입자들의 분자들이나 화합물은 상기 증착실의 측면으로부터 상기 회전하는 원통형 장벽의 표면에 흡수되어야 하고 상기 증착실 내의 수면위로 쉽게 탈리되도록, 수면 위로 이송할 필요가 있다.

그러나, 상기 원통형 장벽의 회전축이 상기 작동 액체 수위 위에 위치되면, 액체 메니스커스는 상기 증착실의 측면으로부터 음의 값(negative)이 될 수 있다. 이 경우, 분자들은 상기 회전하는 장벽에 부착되어 상기 원통형 장벽 위에 물질들이 추가적으로 흡수되게 할 것이며 상기 증착실의 측면으로부터 단일층 물질에까지 이어지게 될 것이다. 이러한 경우에, 얻게 된 코팅의 특정한 성질(특성)의 항상성을 보장할 수 없을 것이다.

본 고안의 목적은 제품들이 사용 중에 있는 가운데 오랜 기간 동안 안정성과 내마모성을 보장하는 특정한 물리적이고 화학적인 성질을 가지는 기능적인 코팅을 형성하는 연속적인 공정을 제공하는 장치를 개발하는데 있다.

본 고안의 일련의 목적은, 작동 액체로 채워지는 처리 수조, 배수장치; 단일층의 형태로 상기 작동 액체 표면 위에 계면활성제 용액을 확산하는 적어도 하나의 자동화 장치, 기판들을 이동시키며 수평면에 상대적인 어느 각도에서 상기 단일층을 통하여 상기 기판들을 증착하는 장치, 상기 수평면에서 움직일 수 있으며 반대편의 수조면을 따라 위치되는 2개의 선형 장벽, 그리고 축이 상기 작동 액체 표면와 상기 선형 장벽에 평행하며 상기 선형 장벽들 사이에 설치되는 2개의 회전 가능한 원통형 장벽; 2개의 표면 장력 센서들, 기판 표면 활성화 유닛, 전자제어 유닛, 적어도 하나의 열교환기, 작동 액체를 청소하고 이의 특정한 수위를 유지하기 위한 시스템, 그리고 작동 액체 공급 장치; 더욱이, 상기 원통형 장벽은 수직으로 움직일 수 있도록 설치되어 그 축은 상기 작동 액체 수위 아래에 위치되는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치의 추가적인 장비에 의해 달성된다.

상기 장치의 최적의 작동을 보장하기 위해, 상기 수조의 바닥면은 경사면을 가지도록 제작되고 선형 장벽들은 수직으로 움직일 수 있도록 설치된다.

게다가, 상기 원통형 장벽들은, 예를 들어, 불소플라스틱, 폴리에틸케톤, 폴리메틸렌옥사이드 기에서 선택된 화학적 불활성 물질로 만들어지고, 계면활성제(SA) 용액을 상기 작동 액체 표면에 확산하는 장치는 에어로졸 미세 분배기로서 설계된다.

이 경우, 상기 기판 이동 장치는 벨트 컨베이어나 이송 롤러의 적어도 2개의 구역의 형태로 설계될 수 있으며, 각 구역은 상기 롤러들을 회전시키기 위한 자율 스텝핑 모터를 구비할 수 있다.

본 고안의 장치에서, 상기 기판 활성화 유닛은, 물리적 방법, 예를 들어 저온 플라즈마 안에서 상기 기판 표면의 활성화를 수행하도록 제작된 일군의 처리 요소로서 설계되고, 상기 작동 액체를 청소하고 상기 수조 내의 그 특성 수위를 유지하는 상기 시스템은 액체 수위 센서와 밀봉 실을 포함한다.

상기 장치의 발전된 설계는 상기 기판들의 연속적인 개질 공정에서 고품질의 기능적 코팅을 얻을 수 있도록 제공된다.

따라서, 본 고안의 장치는, 얻어진 코팅들의 평평함과 균질성을 개선할 수 있도록 함으로써 대량 생산성을 보장함과 동시에 코팅의 물리적이고 화학적인 성질의 안정성과 다른 성질들을 상당히 개선한다.

도 1은 본 고안에 따른 장치를 나타내는 구성도이다.

본 고안의 특징은 본 고안의 장치를 개략적으로 보여주는 도면으로 설명된다.

본 발명의 장치는 작동 액체(2)를 가지는 처리 수조(1), 단일층(4)으로부터 상기 작동 액체를 청소하는 2개의 선형 장벽들(3), 회전 및 운동의 가동성을 가지도록 수직하게 설치되는 원통형 장벽(5), 상기 단일층 아래에 위치되는 상기 작동 액체를 냉각시키는 열교환기(6), 계면활성제(SA) 용액을 단일층의 형태로 상기 작동 액체 표면 위에 확산시키는 자동화 장치(7), 상기 단일층 내의 표면장력을 측정하는 2개의 센서들(8), 상기 작동 액체를 청소하고 상기 처리수조 내의 특정 수위를 유지하기 위한 시스템(9), 상기 단일층을 통하여 상기 기판들과 증착을 이동시키는 고정장치(10), 기판 표면 활성화 유닛(11), 전자제어 유닛(12), 각 상기 작동 액체를 공급하고 배수하는 장치들(13, 14), 각각 상기 기판들을 적재하고 하적하는 모듈들(15, 16), 상기 기판들을 하적하는 영역(17), 액체 수위 센서(18), 밀봉 실(hermetic seal, 19), 및 기판들(20)을 포함한다.

상기 처리 수조(1)는, 그 바닥면이 경사면을 가지도록 만들어지고, 항진 기초(도시하지 않음)에 장착되며 상기 작동 액체(2; 하부 상)로 채워진다. 상기 수조의 반대편을 따라 위치되는 상기 2개의 선형 장벽들(3)은 상기 작동 액체를 청소하기 위해 상기 작동 액체 표면 위 수평면에서 움직일 수 있으며 상기 단일층(4)을 통하여 상기 기판들(20)의 지연되지 않는 증착을 위한 수직면에서 움직일 수 있도록 설치된다. 상기 원통형 장벽(5)은 회전성을 가지도록 상기 선형 장벽들 사이에 설치된다. 상기 원통형 장벽은 수직 위치에서 상기 원통형 장벽이 견고하게 고정되는 것 없이 설계된다. 상기 원통형 장벽의 회전축은 상기 작동액체 표면(2)과 상기 선형 장벽들(3)에 평행하다. 상기 원통형 장벽은 예를 들어, 불소플라스틱, 폴리에테르케톤, 폴리메틸렌옥사이드 기에서 선택된 화학적 불활성 물질로 만들어진다.

상기 선형 및 원통형 장벽들은 상기 처리수조 내에서 작동표면을 3개의 기능 영역으로 분할한다. 즉 상기 기판들을 자동으로 적재하는 A 영역, 물질들(substances)을 확산시키는 B 영역, 그리고 상기 단일층을 형성하고 증착하는 C 영역으로 분할한다.

C 영역은 작동 액체(2)가 상기 단일층(4) 바로 아래에서 냉각되도록 하는 상기 열교환기(6)를 포함한다. 상기 계면활성제(SA)를 상기 단일층(4)의 형태로 상기 작동 액체(2)의 표면 위에 확산시키는 상기 자동화 장치(7)는 상기 B 영역 내에 위치한다. 표면장력을 측정하는 상기 2개의 센서들(8)은 상기 B 영역과 C 영역 내에 위치되어 화합물 용액을 확산시키고 상기 단일층을 증착할 때 상기 표면 장력에서의 변화를 고정한다.

상기 작동 액체를 청소하고 그 특정 수위를 유지하는 상기 시스템(9)은, 상기 기판들(20)을 담그고 꺼내는 과정에서 상기 작동 액체(2)의 특정 수위를 유지할 수 있도록 하는 상기 액체 수위 센서(18)와 상기 작동 액체를 공급하고 상기 작동 액체를 배수하는 장치(13)를 통하여 상기 피드백 시스템에 의해 상기 수조 내의 상기 작동 액체와 연결된다.

밀봉 실(19)은 상기 기판들을 적재하는 순간에 상기 B와 C 영역 내에서 상기 작동 액체(2)의 수위를 일정하게 유지하도록 하는 것이다. 상기 시스템(9)은, 상기 작동 액체가 상기 작동 액체를 공급하는 상기 장치(13)를 통하여 상기 처리 수조 안으로 공급된 후, 상기 작동 액체의 사전 청소를 위한 시스템을 포함한다.

상기 기판들(20)을 공급하고 상기 단일층(4)을 통하여 상기 기판들을 증착하는 상기 제어 가능한 고정장치(10)는 상기 기판들(20)이 상기 적재 영역인 A 영역으로부터 상기 수평면에 상대적인 어느 각도를 가지는 상기 단일층을 증착하기 위한 C 영역 안으로 이동되도록 한다.

상기 장치는 상기 기판들(20)의 활성화를 위하여, 예를 들어 상기 기판들을 대기 플라즈마로 처리함으로써 상기 기판들에게 친수성을 부여하는 유닛(11)을 포함한다. 상기 유닛(11)에서, 상기 기판들의 표면은 분자들, 예를 들어 비오틴은 물론이고 -OH, -CHO, -COOH, -NH₂, -NHNH₂, -N=C=O와 같은 기능성 기를 포함하는 계열로부터 반응층을 형성함으로써 활성화될 수 있다.

PC와 유연한 형태의 일군의 모듈로 구성되는 소프트웨어를 구비하는 상기 전자제어 유닛(12)는 상기 개질 기판들을 이송하고 꺼내는 과정은 물론이고 상기 기판들을 적재하는 과정과 상기 단일층의 형성과 증착을 확실하게 한다.

상기 기판들(20)을 공급하도록 제작된 상기 고정장치(10)는 기존의 용액들을 사용하도록 설계되며, 예를 들어 홀더 안에 있는 기판 또는 홀더가 없는 기판들이 위치되는 벨트 컨베이어 또는 모터에 의해 구동되고 상기 기판 홀더 안에 있는 기판들을 옮기는 독립적인 이송 롤러들의 구간 시스템이 될 수 있다.

상기 기판들(20)을 적재하고 하역하는 상기 모듈들(15, 16)은 상기 기판들을 상기 처리 수조로 공급하고 상기 처리 수조로부터, 전체적인 처리 흐름도에 따라 추가적으로 이송되는 상기 기판들을 하역하기 위한 영역(17) 안으로 꺼내도록 마련된다.

상기 장치는, 단일층 구조의 왜곡을 최소화하는, 상기 기판들을 자동으로 경사지게 수거하는 평탄화 표면의 개질을 연속적으로 처리하도록 수행하기 때문에 상기 형성된 코팅의 품질을 향상시킬 수 있게 한다. 상기 빽빽하게 포장된 단일층을 형성하는 상기 가동장치와 유닛의 설계 특징은 시제품을 이용하여 얻게 된 것들과 비교하여 더욱 균일한 코팅을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 공장 규모의 생산과 대량 생산성으로 기능적 코팅들의 순차적인 층들을 가지는 넓은 영역의 개질로 이어질 수 있도록 할 수 있다.

상술한 장치는 다음과 같이 작동한다.

모든 기판들(20)은, 먼저, 기판 표면 활성 유닛(11) 안에 위치된다. 활성화는 대기압에서 유전체 장벽(dielectric barrier; DB) 방전의 저온 플라즈마에서 수행된다. 기판 표면 활성을 위한 상기 유닛(11)은 매체 주파수 발생기, 탐침 전극 배열, 평탄 전극, 및 처리된 기판 표면 위로 상기 탐침 전극을 선형으로 이동시키는 시스템으로 구성된다.

기판은 상기 평탄 전극 위에 위치되고 상기 발전기에서 AC 전압이 상기 평탄 전극과 상기 탐침 전극 배열 사이로 인가되고, 유전체 장벽(DB) 방전이 시작되며, 수증기가 방전 연소 영역 안으로 공급되고, 상기 이동 시스템은 가동되어 상기 탐침 전극 배열은 상기 표면을 활성화하도록 처리될 상기 표면 위에 이동된다. 상기 장치는 f = 14 kHz의 AC 주파수에서 특정 전력, Ws = 10 W/cm²으로 상기 유전체 장벽(DB) 방전을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 기판의 표면은 OH 기로부터 반응 하위층을 형성함으로써 상기 유닛(11) 내에서 활성화된다.

상기 활성화된 표면을 가지는 상기 기판들은 트레이로서 설계된 상기 기판 홀더 안에 위치됨으로써 각각의 기판은 적어도 4개의 지점에서 고정될 것이다.

상기 작동 액체(2)(초고순도 탈이온수)는, 기계적인 불순물, 고체 입자, 생물체에서 발생된 물체들을 걸러내는 막들과 이온 교환 물질에 기반한 중성화 시스템을 통과한 후 상기 처리 수조(1)의 상기 B 영역 안으로 공급된다. 상기 필터들과 중성화 시스템은 상기 작동 액체를 청소하고 그 특정 수위를 유지하는 상기 시스템(9)의 일부를 구성한다. 상기 처리 수조(1)는 상기 작동 액체를 상기 처리 수조로 공급하는, 밸브, 유량계, 충전 및 배수 파이프 시스템이며 상기 액체 수위 센서(18)에 연결되는 상기 장치(13)를 통하여 상기 시스템(9)에서 나오는 상기 작동 액체(2)로 채워진다. 상기 작동 액체 배수 장치(14)는 그 설계가 상기 장치(13)와 비슷하며, 상기 시스템(9)의 일부를 이루기도 하는 상기 하부 상 온도 및 pH 센서(도시하지 않음)에 연결된다.

상기 센서의 측정값이 상기 전자 제어 유닛(12)을 통하여 특정된 범위 밖에 있다면, 상기 장치(14)의 상기 방출 밸브들은 상기 작동 액체의 배수를 위해 개방되고 특정한 pH 값을 가지는 탈이온수는 상기 장치(13)를 통하여 상기 사용된 액체를 대체하기 위한 상기 처리 수조(1) 안으로 공급된다. 필요하다면, 상기 작동 액체는 상기 열교환기(6)에 의해 특정 온도로 냉각된다. 상기 본 고안의 장치 내의 물 순환은 필요한 온도와 pH 값에 미칠 때까지 계속된다.

상기 2개의 가동성 선형 장벽들(3)은, 상기 수면을 사전에 청소하기 위하여 상기 수면의 영역을 축소하는 동안, 상기 기판 용액을 적용하고 상기 단일층을 제거하는 B와 C 영역 내에서 상기 단일층(4)를 형성하는 과정 이전에 수면 위로 이동된다. 그러면, 상기 장벽들(3)은 떨어져 이동되고 상기 작동 액체 수위 위로 올라간다.

그러면, 상기 계면활성제(SA) 용액은 상기 자동화 장치(7)의 상기 4지점 분배 시스템의 마이크로 밸브를 통하여 에어로졸 형태로 상기 B 영역 내의 상기 작동 액체 수면(2) 위로 뿌려진다. 상기 작동 액체 수면에서 상기 용매의 증발 이후에, 상기 단일층(4)이 형성되어 상기 회전하는 원통형 장벽(5)에 의해 상기 B 영역에서 상기 C 영역 안으로 이동된다. 상기 원통형 장벽(5)이 수직 운동이 가능하도록 설계되기 때문에, 상기 작동 액체 수면 위로 조사되는 상기 장벽 부위의 최적 높이가 선택된다. 이렇게 함으로써, 상기 원통형 장벽의 회전축은 상기 표면의 개질의 연속적인 공정 내에서 중대한 상기 작동 액체 아래 항상 놓이게 된다. 상기 장벽(5)은 생산 주기 중에 상기 계면활성제(SA)를 상기 B 영역에서 상기 C 영역으로 연속적으로 이동시켜야 할 것이다. 이와 함께, 상기 친수성 표면은, 상기 기능적 물질과 상기 단일층(4)의 순차적인 층이 상기 작동 액체 표면 위에 형성되는 분자들을 상기 단일층 제거 영역 C에서 상기 회전하는 원통형 장벽으로부터 바로 "분리"하게 만드는 상기 원통형 장벽(5)의 표면을 충분히 적시도록 할 수 있으므로, 상기 계면활성제(SA) 분자들은 상기 B 영역의 측면에서 화학적 불활성 불소 플라스틱의 제작되는 상기 원통형 장벽의 친수성 표면 위로 흡수되고 C 영역에서 액체 표면 위에 용이하게 흡착된다.

활성화된 표면을 가지는 상기 기판들(20)은 상기 활성 유닛(11)으로부터 상기 기판 적재 모듈(15)에 의해 상기 처리 수조(1)의 상기 A 영역 안의 기체-액체 경계면으로 이동된다. 상기 기판을 가지는 상기 기판 홀더는 분자 수위에서 상기 활성화된 표면의 성질을 보전하면서 상기 기판을 공급하도록 제작된 상기 고정 장치(10) 위에서 상기 모듈(15)에 의해 상기 작동 액체(2) 안에 잠기게 된다.

상기 기판들을 공급하는 상기 고정장치(10)는 상기 이송 롤러를 구동하는 4개의 개별적인 구간으로 구성된다. 상기 롤러들은 각각의 구역에서, 각각의 구역에 대하여 회전 속도를 변경할 수 있으며 이러한 방식으로 상기 기판 홀더들을 이동하는 공정을 수행할 수 있는 개별적인 스텝핑 모터에 의해 구동된다.

상기 A 영역은 상기 기판들을 적재하는 순간에 상기 A 영역의 공간을 밀봉적으로 폐쇄하는 상기 밀봉 실(19)에 의해 상기 처리 수조의 주된 공간으로부터 분리된다. 상기 대체된 작동 액체는, 상기 공간이 개방되고 상기 기판들(20)이 상기 단일층 증작 영역(C) 안으로 이동된 후, 상기 작동 액체를 배수하도록 설계되고 상기 A 영역 안에서 상기 처리 수조의 측벽에 위치되는 상기 장치(14)를 통하여 배수된다.

상기 단일층(4) 내의 상기 표면 압력의 연속적인 감시는 상기 2개의 센서들(8)에 의해 수행된다. 상기 표면 압력이 상기 C 영역에서 상기 단일층(4)의 순차적인 상태에 해당하면, 상기 장치는 상기 제어 유닛(12)으로부터 상기 고정장치(10)로의 신호를 수신하고 상기 기판들을 가지는 상기 기판 홀더들은 상기 순차적인 단일층을 통하여 이동된다.

기판들은 일정한 거리와 상기 단일층(4)의 구조를 파괴하는 표면파의 출현 가능성을 배제하는 속도에서 "기체-액체" 경계면 아래에서 이송된다. 상기 기판들은 상기 C 영역 내의 "기체-액체" 경계면을 통하여 상기 가동 고정장치(10)에 의해 반출된다. 상기 기판들은 반응성 하위층과의 반응에 의해 상기 활성층을 가지는 상기 기판 표면으로부터 상기 액체를 확실하고 자유롭게 배수하고 상기 기판 표면에 증착된 상기 단일층을 확실하게 고정하는 상기 수평면에 상대적인 3 내지 30도의 각도로 반출된다.

상기 하역 모듈(16)에 의해 상기 처리 수조로부터 상기 기판이 반출된 후, 상기 기판들은, 상기 기판들이 상기 전체적인 처리 흐름도에 따라 더 이송되는 곳으로부터 상기 하역 영역(17) 안으로 이동된다.

상기 단일층의 증착 중에, 상기 기판들(20)을 가지는 상기 기판 홀더의 반출에 의해 상기 작동 액체(2)의 수위가 하강하면, 상기 하강된 작동 액체(2)는 상기 작동 액체를 공급하는 상기 장치(13)를 통하여 상기 시스템(9)으로부터 상기 작동 액체를 상기 B 영역 안으로 더함으로써 보상된다.

상기 단일층(4)의 증착 공정의 연속성은 상기 B 영역에서 상기 계면활성제(SA)를 동시에 뿌리고, 상기 회전하는 원통형 장벽(5)과 상기 2개의 센서(8)로부터 수신되는 상기 단일층(4) 내의 상기 표면 장력에 관한 정보에 의해 상기 B 영역에서 상기 C 영역 안으로 상기 단일층의 재료를 연속적으로 이송하고, 상기 기판 공급 고정장치(10)의 작동에 의해 규정된다.

개질 공정의 모든 단계의 편성은 기판들(20)의 적재/하역, 상기 처리 수조(1) 안에서의 상기 기판들의 운동은 물론 상기 액체(2)의 표면 위에 상기 단일층(4)의 형성과 증착, 그리고 상기 개질 공정에서 상기 기판의 반출 같이 상기 전자 제어 유닛(12)에 의해 보장된다.

따라서, 본 고안의 장치는, 장기적으로 안정성을 보장하고 생산품이 사용되는 중에도 획득된 코팅의 내마모성을 보장하는 기판들의 연속적인 개질 공정으로 특정한 물리적 화학적 성질을 가지는 고품질의 기능적 표면을 얻도록 마련될 수 있다.

1: 수조 2: 작동 액체
3: 선형 장벽 4: 단일층
5: 원통형 장벽 6: 열교환기
7: 자동화 장치 8: 센서
9: 시스템 10: 고정장치
11: 활성화 유닛 12: 전자 제어 유닛
13, 14: 배수 장치 15, 16: 모듈

Claims (10)

1. 작동 액체로 채워지는 처리 수조, 배수장치;
   단일층의 형태로 상기 작동 액체 표면 위에 계면활성제 용액을 확산하는 적어도 하나의 자동화 장치, 기판들을 이동시키며 수평면에 상대적인 어느 각도에서 상기 단일층을 통하여 상기 기판들을 증착하는 장치, 상기 수평면에서 움직일 수 있으며 반대편의 수조면을 따라 위치되는 2개의 선형 장벽, 그리고 축이 상기 작동 액체 표면과 상기 선형 장벽에 평행하며 상기 선형 장벽들 사이에 설치되는 회전 가능한 원통형 장벽;
   2개의 표면 장력 센서들, 기판 표면 활성화 유닛, 전자제어 유닛, 적어도 하나의 열교환기, 작동 액체를 청소하고 이의 특정한 수위를 유지하기 위한 시스템, 그리고 작동 액체 공급 장치; 및,
   상기 원통형 장벽은 수직으로 움직일 수 있도록 설치되어 그 축은 상기 작동 액체 수위 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리 수조의 상기 내부 바닥표면은 경사면을 가지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 선형 장벽들은 수직으로 움직일 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 원통형 장벽은, 예를 들어 불소플라스틱, 폴리에테르케톤, 폴리메틸렌옥사이드 기에서 선택된 화학적으로 불활성 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 작동 액체 표면 위로 상기 계면활성제 용액을 확산시키는 장치는 에어로졸 마이크로 분배기의 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 기판 이동 장치는 벨트 컨베이어로 제작되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 기판 이송 장치는, 이송 롤러들의 적어도 2개의 구역들로 제작되고 각 구역은 자율적 스텝핑 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 기판 이동 장치는 물리적 방법, 예를 들어 저온 플라즈마 내에서 기판 표면의 활성화를 수행하도록 제작된 일련의 처리 요소로서 제작되는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 작동 액체를 청소하고 상기 수조 내의 특정 수위를 유지하는 상기 시스템은 액체 수위 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 작동 액체를 청소하고 상기 수조 내의 특정 수위를 유지하는 상기 시스템은 밀봉 실(seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 표면에 나노구조의 코팅을 형성하는 장치.
    

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